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原標題:【PCB設計】減少振動和加速導致的PCB故障CraigArmentiCraigArmenti,MentorGraphic線路板系統部PCB營銷工程師Armenti在EDA行業有著超過25年的從業經驗。他曾在幾家主要的大型電信和軟件公司從事與市場和應用工程相關的工作。他擁有電氣工程技術學士學位和工商管理碩士學位。如今,許多產品需要在嚴峻的環境下運行數百小時。在制造前弄清楚設計的物理限制和疲勞問題,對減少電路板故障,提高產品質量顯得重要。設計可靠性并不是一個新概念,近年來受到了越來越多的關注。將產地標簽作為可靠性指標的時代早已過去——無論實際生產發生在哪里,客戶都期望行業內的所有產品都具有相同的可靠性,高質量生產有助于獲得更多訂單。可靠的產品具有更低的故障風險,更少的退貨以及更少的保修索賠,所有這些都有助于提高盈利能力。雖然每個產品都會在某個時候故障,但是早期故障可以通過適當調整設計,來減少由于振動和加速帶來的潛在問題。常見的驗證方法行業統計數據表明,新推出的電子產品第一年故障率高達15%~20%。在惡劣環境中,疲勞可能會導致高達20%的故障。大多數設計團隊依靠物理測試來確定可靠性問題。物理振動和加速度測試,也稱為高加速壽命實驗或HALT,提供了明確的機制來確保產品的可靠性,并找到環境因素導致的潛在故障原因。這種方法通過施加比實際產品使用過程中更高的疲勞損傷,迫使故障出現,并找出弱點。然而,該過程比較昂貴,并且具有破壞性,每個設計都需要幾個月的時間才能完成。此外,不同的測試倉得出的結果可能不同,可能會掩蓋在實際使用中出現故障的元件,進而影響準確性,導致其功能受到限制。由于其成本高以及會推遲上市時間,只有幾個原型設計會經過物理振動和加速度測試。上述與物理測試相關的成本和時間問題導致許多設計團隊在產品開發過程中增加了機械分析步驟,以便更好地驗證其可靠性。雖然添加這一步驟能改善可靠性,但它仍有其局限性,包括:-大量庫/型號需要開發-設置和仿真耗時很長-仿真結果無法針對特定印制電路板調整所有這些意味著,即使是專家,機械分析仍然無法達到100%的測試覆蓋率。在設計過程中通過仿真改進驗證方法為了優化流程并將發現和糾正問題之間的時間縮到最短,應在設計階段加入振動和加速度的仿真。要明確的是,這并不能替代物理HALT的需求,但是通過在布局時進行仿真消除早期故障,設計團隊可以減少HALT費用,并確保可靠性專家有更多的時間專注于更加隱蔽的問題。在設計階段集成分析的最佳流程為了預測哪些部件會因振動而失效,工程師需要確定設計的故障頻率和自然模式。工程師和設計人員還應該能夠確定元件應力安全系數。在振動和加速模擬過程中,應在所有方向施加加速載荷,從而發現商業使用過程中會出現的板應力。為了提高效率,分析必須緊密集成,易于使用,以便與放置元件的同時執行測試。仿真應能夠讓用戶直接查看可能導致故障的所有元件的諧振頻率和施加的應力。在最佳情況下,還應提供兩個快速設計仿真的選項:-振動:計算相對應力和變形值,以確定元件引線和引腳的接觸區域中的弱連接。結果能轉換為元件潛在故障機率。-恒定加速度:提供線性靜態分析,允許將恒定加速度應用于設計,以計算馮米斯應力、變形和安全系數,所有這些數據都能轉換為元件的合格/不合格值。振動模擬能提供應力強度、變形強度、故障頻率和振動變形形狀相關的信息一旦確定了故障部件,就可以使用有完整圖示功能的后處理器接口來幫助確定導致部件故障的確切變量和因素。簡化后的后處理器視圖應突出顯示有問題的部分,允許用戶檢測和糾正潛在的元件故障。這將使得沒有產品可靠性專業知識的工程師或設計人員能夠在其設計中輕易地解決疲勞和振動問題。高級視圖模式能夠深入挖掘并識別產品故障的直接原因。高級視圖應能夠繪制在振動或線性靜態加速應力分析過程中,六軸同時隨機振動造成的元件引腳、球或引線的相對應力強度分布圖。每個仿真都應有兩階段后處理器的結果,以及在規定條件下的廣泛的PCB特性輸入參數可靠性=受控制的風險如今,產品必須面對和克服惡劣環境中所帶來的許多挑戰。通過產品開發過程中的振動和加速仿真,設計團隊能夠在產品投入生產之前確定關鍵問題。此外,通過在布局期間添加虛擬振動和加速度仿真,設計團隊將能夠實現:-減少設計迭代次數-縮短產品上市時間-產品更便宜-仿真所有設計的能力,而不僅僅是高風險的設計-提高可靠性,管理潛在故障的風險回想一下,最近新聞報道中出現過的產品故障。保修索賠、業務損失和潛在的市場份額降低,即使是規模最大的公司也會受到很大的損害。在布局時,每個板上運行虛擬仿真功能幫助工程師和設計人員在產品開發流程的早期發現問題,再將改進過的設計提供給制造商,從而提高設計質量,縮短上市時間,控制產品風險。通過使用MentorGraphicsXpedition振動和加速技術,設計團隊可以在整個設計過程中虛擬仿真可能會損壞設備的環境影響。Xpedition產品提供了管腳級的詳細信息,包括相對應力強度、相對變形強度、故障頻率和振動變形形狀。輸出數據比實驗室產生的數據更廣泛,為PCB設計弱點提供了更多的信息。返回搜狐,查看更多責任編輯:聲明:本文由入駐搜狐號的作者撰寫,除搜狐官方賬號外,觀點僅代表作者本人,不代表搜狐立場。閱讀()

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